(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状に形成された導電性の第１部材と第２部材との端部を突き合わせて同軸となるように溶接する抵抗溶接方法であって、
（ａ）挿入孔を有する第１電極と、円柱状であり該挿入孔に挿入可能なガイドピンとを用意する工程と、
（ｂ）前記挿入孔内に前記ガイドピン及び前記第１部材を挿入して、該挿入孔，該第１部材，該ガイドピンが同軸になり、前記第１電極が該第１部材と接触し、該ガイドピンが該第１部材の筒内を貫通し、前記第１部材の溶接対象部分と前記ガイドピンの一部とが該挿入孔から飛び出すように該ガイドピンと該第１部材とを位置決めする工程と、
（ｃ）前記第２部材の筒内に前記ガイドピンを挿入することで、前記第１部材の端部と該第２部材の端部とが接触し且つ該第１部材と該第２部材とが該同軸となり、該第２部材と前記第１電極とは接触しないように該第２部材を位置決めする工程と、
（ｄ）第１電極とは接触せず且つ前記第２部材に接触するように第２電極を位置決めし、前記第１部材と前記第２部材とを互いに接近する方向に加圧した状態で、前記第１電極と該第２電極との間に電圧を印加することで前記第１部材と前記第２部材との接触面を通電して、該第１部材と該第２部材とを該接触面で溶接する工程と、
を含み、
前記ガイドピンは、セラミックス製であり、前記挿入孔に挿入された状態において、前記挿入孔の内周面との間にクリアランスが生じ、該クリアランスにより前記工程（ｄ）の通電時において前記第１部材と前記第２部材との接触を保ったまま該ガイドピンの径方向に揺動可能である、
抵抗溶接方法。
【請求項２】
前記ガイドピンは、前記揺動可能な範囲として、前記工程（ｄ）における前記第１部材の端部と前記第２部材の端部との接触面を含む該挿入孔の中心軸に垂直な仮想平面上で、前記クリアランスにより該中心軸と同軸の状態から径方向に０．１ｍｍ以上の揺動範囲を有する、
請求項１に記載の抵抗溶接方法。
【請求項３】
前記ガイドピンは、前記第１部材及び前記第２部材内に挿入可能な径を有する柱状部と、該柱状部と同軸に連なり該柱状部よりも径の大きい大径部とを有し、
前記第１電極は、前記挿入孔として、前記大径部を挿入可能な大径孔と該大径部よりも径が小さく前記柱状部よりも径が大きい小径孔とが同軸に連なった孔を有し、
前記工程（ｂ）では、前記ガイドピンの大径部が前記大径孔に挿入され、前記ガイドピンの柱状部が前記小径孔を貫通して、前記挿入孔と該ガイドピンとが同軸になるように該ガイドピンを位置決めして、その後前記第１部材を前記小径孔に挿入し前記柱状部が前記第１部材の筒内を貫通するように位置決めし、
前記工程（ｃ）では、前記第２部材の筒内に前記ガイドピンの柱状部を挿入し、
前記クリアランスは、前記ガイドピンが前記挿入孔に挿入された状態における前記大径孔の内周面と前記大径部との間のクリアランスである、
請求項１又は２に記載の抵抗溶接方法。
【請求項４】
前記ガイドピンは、前記柱状部から前記大径部への外周面の立ち上がり部分が曲面になっている、
請求項３に記載の抵抗溶接方法。
【請求項５】
前記第１電極は、前記大径孔として有底の孔を有し、
前記工程（ｂ）では、前記ガイドピンを前記挿入孔に挿入するにあたり、前記ガイドピンにおける前記大径部の前記柱状部側の段差面と前記挿入孔における前記小径孔の前記大径孔側の段差面との間に弾性体を挿入して、該弾性体の弾性力により前記ガイドピンの大径部が前記大径孔の底方向に押圧されるようにする、
請求項３又は４に記載の抵抗溶接方法。
【請求項６】
前記第１電極は、前記大径孔として有底の孔を有し、
前記工程（ｂ）では、前記ガイドピンを前記挿入孔に挿入するにあたり、前記ガイドピンにおける前記大径部の前記柱状部とは反対側の底面と前記大径孔の底面との間に弾性体を挿入して、該弾性体の弾性力により前記ガイドピンの大径部が前記挿入孔における前記小径孔の前記大径孔側の面としての段差面方向に押圧されるようにする、
請求項３又は４に記載の抵抗溶接方法。
【請求項７】
挿入孔を有する第１電極と、
第２電極と、
円柱状であり該挿入孔に挿入可能なガイドピンと、
を備え、
前記ガイドピンは、セラミックス製であり、前記挿入孔に挿入された状態において、前記挿入孔の内周面との間にクリアランスが生じ、該クリアランスにより該ガイドピンの径方向に揺動可能である、
抵抗溶接治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗溶接方法及び抵抗溶接治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、２つの部材を溶接する方法として、２つの電極により部材同士を接触させて挟持し、加圧通電して接触面に流れる電流により溶接を行う抵抗溶接が知られている。例えば、特許文献１には、溶接対象となる２つの部材にそれぞれ段差部を設け、この段差部に加圧力を加えて抵抗溶接を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３３７２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、円筒状の２つの部材の端部を接触させて同軸になるように抵抗溶接する場合、通電時に加圧される圧力により２つの部材の接触面にせん断応力がかかり、２つの部材の軸がずれてしまう場合がある。このような軸ずれを防止する方法としては、加圧通電時に２つの部材の同軸状態を保つために、２つの部材の中に円柱状のガイドピンを挿入することが考えられる。しかし、ガイドピンとして、例えばフェノール樹脂のようにセラミックスよりも柔らかい材質を用いた場合には、抵抗溶接を繰り返し行うことでせん断応力によりガイドピンが摩耗して直径が小さくなり、２つの部材の同軸状態を保てなくなるという問題が生じる。一方、摩耗を防ぐべく例えばセラミックスのように比較的硬い材質をガイドピンに用いた場合には、抵抗溶接を繰り返し行うことでせん断応力によりガイドピンが折れてしまうという問題が生じる。このため、抵抗溶接において、摩耗しにくく折れにくい、長寿命のガイドピンが望まれていた。
【０００５】
本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであり、抵抗溶接におけるガイドピンの寿命を長くすることを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の抵抗溶接方法は、
筒状に形成された導電性の第１部材と第２部材との端部を突き合わせて同軸となるように溶接する抵抗溶接方法であって、
（ａ）挿入孔を有する第１電極と、円柱状であり該挿入孔に挿入可能なガイドピンとを用意する工程と、
（ｂ）前記挿入孔内に前記ガイドピン及び前記第１部材を挿入して、該挿入孔，該第１部材，該ガイドピンが同軸になり、前記第１電極が該第１部材と接触し、該ガイドピンが該第１部材の筒内を貫通し、前記第１部材の溶接対象部分と前記ガイドピンの一部とが該挿入孔から飛び出すように該ガイドピンと該第１部材とを位置決めする工程と、
（ｃ）前記第２部材の筒内に前記ガイドピンを挿入することで、前記第１部材の端部と該第２部材の端部とが接触し且つ該第１部材と該第２部材とが該同軸となり、該第２部材と前記第１電極とは接触しないように該第２部材を位置決めする工程と、
（ｄ）第１電極とは接触せず且つ前記第２部材に接触するように第２電極を位置決めし、前記第１部材と前記第２部材とを互いに接近する方向に加圧した状態で、前記第１電極と該第２電極との間に電圧を印加することで前記第１部材と前記第２部材との接触面を通電して、該第１部材と該第２部材とを該接触面で溶接する工程と、
を含み、
前記ガイドピンは、セラミックス製であり、前記挿入孔に挿入された状態において、前記挿入孔の内周面との間にクリアランスが生じ、該クリアランスにより前記工程（ｄ）の通電時において前記第１部材と前記第２部材との接触を保ったまま該ガイドピンの径方向に揺動可能である、
ものである。
【０００８】
この抵抗溶接方法では、通電時の第１部材と第２部材とを互いに接近する方向に加圧する圧力によるせん断応力がガイドピンに加わったときに、ガイドピンがセラミックス製であるため、例えばフェノール樹脂製のガイドピンと比べて摩耗が起こりにくい。また、ガイドピンが径方向に揺動可能であるため、せん断応力の一部を揺動により吸収でき、揺動不可能なセラミックス製のガイドピンと比べてガイドピンが折れにくい。したがって、抵抗溶接におけるガイドピンの寿命を長くすることができる。
【０００９】
本発明の抵抗溶接方法において、前記ガイドピンは、前記揺動可能な範囲として、前記工程（ｄ）における前記第１部材の端部と前記第２部材の端部との接触面を含む該挿入孔の中心軸に垂直な仮想平面上で、前記クリアランスにより該中心軸と同軸の状態から径方向に０．１ｍｍ以上の揺動範囲を有してもよい。こうすれば、せん断応力を揺動により十分吸収できるため、ガイドピンが折れにくい効果が高まる。
【００１０】
本発明の抵抗溶接方法において、前記ガイドピンは、前記第１部材及び前記第２部材内に挿入可能な径を有する柱状部と、該柱状部と同軸に連なり該柱状部よりも径の大きい大径部とを有し、前記第１電極は、前記挿入孔として、前記大径部を挿入可能な大径孔と該大径部よりも径が小さく前記柱状部よりも径が大きい小径孔とが同軸に連なった孔を有し、前記工程（ｂ）では、前記ガイドピンの大径部が前記大径孔に挿入され、前記ガイドピンの柱状部が前記小径部を貫通して、前記挿入孔と該ガイドピンとが同軸になるように該ガイドピンを位置決めして、その後前記第１部材を前記小径孔に挿入し前記柱状部が前記第１部材の筒内を貫通するように位置決めし、前記工程（ｃ）では、前記第２部材の筒内に前記ガイドピンの柱状部を挿入し、前記クリアランスは、前記ガイドピンが前記挿入孔に挿入された状態における前記大径孔の内周面と前記大径部との間のクリアランスであるものとしてもよい。こうすれば、抵抗溶接後の第１部材及び第２部材を第１電極及びガイドピンから抜き取る際に、ガイドピンの大径部が小径孔に引っかかりを生じるため、溶接後の第１部材及び第２部材のみを抜き取りやすい。
【００１１】
上述したガイドピンが柱状部と大径部とを有する態様の抵抗溶接方法において、前記ガイドピンは、前記柱状部から前記大径部への外周面の立ち上がり部分が曲面になっていてもよい。こうすれば、せん断応力がガイドピンに加わったときに、力の集中しやすい立ち上がり部分が曲面であるため、ガイドピンが折れにくい。
【００１２】
上述したガイドピンが柱状部と大径部とを有する態様の抵抗溶接方法において、前記第１電極は、前記大径孔として有底の孔を有し、前記工程（ｂ）では、前記ガイドピンを前記挿入孔に挿入するにあたり、前記ガイドピンにおける前記大径部の前記柱状部側の段差面と前記挿入孔における前記小径孔の前記大径孔側の段差面との間に弾性体を挿入して、該弾性体の弾性力により前記ガイドピンの大径部が前記大径孔の底方向に押圧されるようにしてもよい。あるいは、上述したガイドピンが柱状部と大径部とを有する態様の抵抗溶接方法において、前記第１電極は、前記大径孔として有底の孔を有し、前記工程（ｂ）では、前記ガイドピンを前記挿入孔に挿入するにあたり、前記ガイドピンにおける前記大径部の前記柱状部とは反対側の底面と前記大径孔の底面との間に弾性体を挿入して、該弾性体の弾性力により前記ガイドピンの大径部が前記挿入孔における前記小径孔の前記大径孔側の面としての段差面方向に押圧されるようにしてもよい。これらのようにすれば、ガイドピンが弾性体により押圧されることで、ガイドピンの位置決め後にガイドピンと挿入孔との中心軸がずれにくくなり、その後の小径孔への第１部材の挿入がしやすくなる。
【００１３】
本発明の抵抗溶接治具は、
挿入孔を有する第１電極と、
第２電極と、
円柱状であり該挿入孔に挿入可能なガイドピンと、
を備え、
前記ガイドピンは、セラミックス製であり、前記挿入孔に挿入された状態において、前記挿入孔の内周面との間にクリアランスが生じ、該クリアランスにより該ガイドピンの径方向に揺動可能である、
ものである。
【００１４】
この本発明の抵抗溶接治具は、ガイドピンがセラミックス製であり、径方向に揺動可能であるため、例えば上述した抵抗溶接方法に用いた場合のガイドピンの寿命を長くすることができる。なお、本発明の抵抗溶接治具は、上述した抵抗溶接方法におけるガイドピンや第１電極の種々の態様を採用したり、上述した抵抗溶接方法に用いる弾性体をさらに備えるものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ガスセンサー１０の縦断面図である。
【図２】一次組立品１４１の製造プロセスを模式的に示す断面図である。
【図３】抵抗溶接治具６０の構成の概略を示す説明図である。
【図４】主体金具４２と内筒４３とを抵抗溶接する様子を示す説明図である。
【図５】主体金具４２と内筒４３とを抵抗溶接する様子を示す説明図である。
【図６】せん断応力とガイドピン７０の揺動についての説明図である。
【図７】変形例の抵抗溶接治具６０を示す説明図である。
【図８】変形例の抵抗溶接治具６０を示す説明図である。
【図９】実施例１〜５及び比較例１の抵抗溶接治具の寸法を示す説明図である。
【図１０】主体金具４２及び内筒４３の寸法を示す説明図である。
【図１１】揺動範囲と繰り返し回数との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。まず、本発明の抵抗溶接方法を用いて製造する物の一例であるガスセンサー１０の構成及びその製造方法について説明し、その後、本発明の抵抗溶接方法について説明する。
【００１７】
図１はガスセンサー１０の縦断面図である。図１に示すように、ガスセンサー１０は、被測定ガスから所定のガス成分を測定するセンサー素子２０と、センサー素子２０の一方の端部を保護する保護カバー３０と、センサー素子２０と導通するコネクター５０を含むセンサー組立体４０とを備えている。このガスセンサー１０は、例えば車両の排ガス管に取り付けられて被測定ガスとしての排気ガスに含まれるＮＯｘやＯ2等のガス成分を測定するために用いられる。なお、このようなガスセンサーは、例えば特開平１０−３１８９８０に記載されている。
【００１８】
センサー素子２０は、細長な長尺の板状体形状の素子であり、ジルコニア（ＺｒＯ2）等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなる例えば６枚のセラミックス基板を積層して形成されている。なお、センサー素子２０の保護カバー３０側の端部を先端と表記し、コネクター５０側の端部を基端と表記する。このセンサー素子２０の基端表面及び裏面には、センサー素子２０に電圧を印加したり、センサー素子２０が検出するガス成分の濃度に応じて生じる起電力又は電流を取り出したりするための図示しない電極が形成されている。この電極は、センサー素子２０内部の電路を介してセンサー素子２０の先端内の電極と導通している（図示せず）。
【００１９】
保護カバー３０は、図１に示すように、センサー素子２０の先端の周囲を取り囲むように配置されている。この保護カバー３０は、センサー素子２０の先端を覆う内側保護カバー３１と、この内側保護カバー３１を覆う外側保護カバー３２とを備えている。内側保護カバー３１は、筒状に形成され、センサー素子２０の先端に被測定ガスを導入するための内側保護カバー孔３１ａを備えている。外側保護カバー３２は、有底筒状に形成され、側面に被測定ガスを導入するための外側保護カバー孔３２ａを備えている。内側保護カバー３１，外側保護カバー３２は、例えばステンレス鋼などの金属製である。
【００２０】
センサー組立体４０は、センサー素子２０を封入固定する素子封止体４１と、素子封止体４１に取り付けられたナット４７，外筒４８と、センサー素子２０の基端に接続されたコネクター５０と、を備えている。素子封入体４１は、センサー素子２０を固定すると共に、センサー素子の先端側である保護カバー３０内の空間と基端側である外筒４８内の空間との間を封止するものである。この素子封入体４１は、筒状の主体金具４２と、主体金具４２と同軸になるように端部で溶接固定された筒状の内筒４３と、主体金具４２及び内筒４３の内側に封入されたセラミックスサポーター４４ａ〜４４ｃ，セラミックス粉体４５ａ，４５ｂ，メタルリング４６と、を備えている。主体金具４２は、図中の上端である端部４２ａと、下端である肉厚部４２ｂとを有している。端部４２ａは内筒４３と溶接されている。肉厚部４２ｂは、セラミックスサポーター４４ａが図１の下側に飛び出さないようにこれを押さえている。内筒４３は、主体金具４２よりも厚さの薄い部材であり、主体金具４２と溶接される側の端部にフランジ部４３ａを有し、反対側の端部には先端にいくほど内径が大きくなる拡管部４３ｂを有している。また、内筒４３には、セラミックス粉体４５ｂを内筒４３の中心軸方向に押圧するための絞り部４３ｃと、メタルリング４６を介してセラミックスサポーター４４ａ〜４４ｃ，セラミックス粉体４５ａ，４５ｂを図１の下方向に押圧するための絞り部４３ｄとが形成されている。内筒４３のうちフランジ部４３ａ，拡管部４３ｂ，絞り部４３ｃ，４３ｄ以外の部分の内径は、主体金具４２のうち肉厚部４２ｂ以外の内径と略同一である。セラミックス粉体４５ａはセラミックスサポーター４４ａ，４４ｂ間に充填され、セラミックス粉体４５ｂはセラミックスサポーター４４ｂ，４４ｃ間に充填されている。なお、セラミックスサポーター４４ａ〜４４ｃ，セラミックス粉体４５ａ，４５ｂはメタルリング４６と主体金具４２の肉厚部４２ｂとに挟まれて封止されている。また、センサー素子２０は主体金具４２，内筒４３の中心軸上に位置するとともにセラミックスサポーター４４ａ〜４４ｃ，セラミックス粉体４５ａ，４５ｂ内を貫通しており、これらによって固定されている。ナット４７は、主体金具４２と同軸に固定されており、雄ネジ部４７ａにより例えば車両の排ガス管に取り付け可能になっている。外筒４８は、内筒４３，センサー素子２０，コネクター５０の周囲を覆っており、コネクター５０に接続されたリード線５５が外部に引き出されている。このリード線５５は、コネクター５０を介してセンサー素子２０の各電極と導通している。外筒４８とリード線５５との隙間はゴム栓５７によって封止されている。
【００２１】
続いて、ガスセンサー１０の製造方法について説明する。まず、素子封止体４１とセンサー素子２０とからなる一次組立品１４１を製造する。図２は、一次組立品１４１の製造プロセスを模式的に示す断面図である。まず、主体金具４２及び内筒４３を用意する（図２（ａ））。なお、この時点では内筒４３にはフランジ部４３ａ及び拡管部４３ｂは形成されているが、絞り部４３ｃ，４３ｄは形成されていない。続いて、主体金具４２の端部４２ａと内筒４３のフランジ部４３ａとを付き合わせて、主体金具４２と内筒４３とが同軸となるように抵抗溶接を行って複合体１４２とする（図２（ｂ））。これにより、主体金具４２と内筒４３とが端部４２ａとフランジ部４３ａとの接触面で溶接される。なお、この抵抗溶接については後述する。次に、センサー素子２０をメタルリング４６，セラミックスサポーター４４ｃ，セラミックス粉体４５ｂ，セラミックスサポーター４４ｂ，セラミックス粉体４５ａ，セラミックスサポーター４４ａ内にこの順序で貫通させて、これらを内筒４３の拡管部４３ｂ側から複合体１４２の内部に挿入する（図２（ｃ））。なお、メタルリング４６，セラミックスサポーター４４ａ〜４４ｃ，セラミックス粉体４５ａ，４５ｂには、センサー素子２０を貫通させるために予め中心軸に沿って孔があけられた形状としておく。ここで、内筒４３は拡管部４３ｂにより端部が広がっているため、複合体１４２の内部への挿入がしやすくなっている。また、この挿入は治具により内筒４３の外径を基準として内筒４３の中心軸とセンサー素子２０の中心軸とが一致するように行う。
【００２２】
次に、メタルリング４６と主体金具４２とを互いに近づける方向に押圧してセラミックス粉体４５ａ，４５ｂを圧縮し、これにより主体金具４２内及び内筒４３内を封止する。そして、その状態で内筒４３のうちメタルリング４６よりも拡管部４３ｂ側を加締めて絞り部４３ｄを形成する（図２（ｄ））。これにより、メタルリング４６と主体金具４２の肉厚部４２ｂとの間の押圧力が保たれる。続いて、内筒４３のうちセラミックス粉体４５ｂの側面に位置する部分を加締めて絞り部４３ｃを形成する（図２（ｅ））。これにより、主体金具４２内及び内筒４３内の封止やセンサー素子２０の固定を確実にする。以上により、素子封止体４１とセンサー素子２０とからなる一次組立品１４１を得る。
【００２３】
一次組立品１４１を製造すると、主体金具４２に内側保護カバー３１及び外側保護カバー３２を溶接固定して保護カバー３０を形成し、ナット４７内に一次組立品１４１を挿入して主体金具４２にナット４７を取り付ける。そして、ゴム栓５７内を通したリード線５５と、これに接続されたコネクター５０とを用意して、コネクター５０をセンサー素子２０の基端側に接続する。その後、外筒４８を主体金具４２に溶接固定して、図１のガスセンサー１０を得る。
【００２４】
続いて、本発明の抵抗溶接方法の実施の形態として、図２（ｂ）で説明した主体金具４２と内筒４３との溶接について説明する。図３（ａ）は、この溶接に用いる抵抗溶接治具６０の縦断面図であり、図３（ｂ）は導電体６２の上面図，図３（ｃ）は導電体６３の上面図である。図３（ａ）に示すように、抵抗溶接治具６０は、第１電極６１と、ガイドピ
ン７０と、第２電極８０とを備えている。
【００２５】
第１電極６１は、抵抗溶接時に内筒４３を位置決めすると共に第２電極８０との間で電圧が印加されるものであり、導電体６２，６３と、４本の固定ピン６４（２本のみ図示）とを備えている。導電体６２は、円筒状の部材であり、ガイドピン７０を挿入するための貫通孔であるガイドピン挿入孔６５ａと、固定ピン６４を挿入するための貫通孔である固定ピン挿入孔６６ａとが形成されている。導電体６３は、円柱状の部材であり、ガイドピン７０を挿入するための有底の孔であるガイドピン挿入孔６５ｂと、固定ピン６４を挿入するための有底の孔である固定ピン挿入孔６６ｂとが形成されている。導電体６２と導電体６３とは、外径が同じであり、両者の外周円の中心軸が同軸になるように重ねて位置決めしたときに、ガイドピン挿入孔６５ａ，６５ｂが連通した孔が１つ形成され（以下、この孔をガイドピン挿入孔６５と表記する）、４つの固定ピン６６ａ，６６ｂがそれぞれ連通した孔が４つ形成され（以下、この孔を固定ピン挿入孔６６と表記する）るようになっている。固定ピン６４は、この４つの固定ピン挿入孔６６にそれぞれ挿入されることで、導電体６２と導電体６３とを図３（ａ）のように同軸で固定するための部材である。この図３（ａ）の状態では、導電体６２の下面と導電体６３の上面とは接して導通している。また、導電体６２，６３の中心軸と、ガイドピン挿入孔６５ａ及びガイドピン挿入孔６５ｂの中心軸は全て同軸に位置している。なお、ガイドピン挿入孔６５ａは、ガイドピン挿入孔６５ｂよりも径が小さい。
【００２６】
ガイドピン７０は、例えば窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4），ジルコニア（ＺｒＯ2），アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）からなるセラミックス製の部材であり、主体金具４２と内筒４３との同軸状態を保つための円柱状の部材である。このガイドピン７０は、柱状部７１と、柱状部７１と同軸に連なり柱状部７１よりも径の大きい大径部７２とを有している。柱状部７１は、先端部７１ａと、小径部７１ｂと、中径部７１ｃとを有している。先端部７１ａは、端面（図３（ａ）におけるガイドピン７０の上面）に近づくほど径が小さくなっている。小径部７１ｂ及び中径部７１ｃの径は、ガイドピン挿入孔６５ａの径よりも小さく、ガスセンサー１０の内筒４３の内径以下の大きさである。中径部７１ｃは、小径部７１ｂよりも径が大きく、大径部７２よりも径が小さい。また、中径部７１ｃから大径部７２への外周面の立ち上がり部７３は曲面であり、滑らかに立ち上がる形状になっている。大径部７２は、ガイドピン挿入孔６５ａよりも径が大きく、ガイドピン挿入孔６５ｂよりも径が小さい。このガイドピン７０は、図３（ａ）に示すように、ガイドピン挿入孔６５内に挿入され、ガイドピン挿入孔６５と中心軸が一致するように位置決めされた状態で抵抗溶接に用いられる。この位置決めされた状態では、柱状部７１がガイドピン挿入孔６５ａを貫通し、大径部７２がガイドピン挿入孔６５ｂに挿入された状態となる。このとき、大径部７２は、ガイドピン挿入孔６５ｂよりも径が小さいため、これにより大径部７２とガイドピン挿入孔６５ｂの内周面との間には両者の半径の差の分だけクリアランスＤが生じる。このクリアランスＤが生じることで、ガイドピン７０は、ガイドピン挿入孔６５に挿入されていても完全には固定されず、ガイドピン７０の径方向に揺動可能となっている。この揺動については後述する。
【００２７】
第２電極８０は、抵抗溶接時に主体金具４２を位置決めすると共に第１電極６１との間で電圧が印加されるものであり、主体金具４２を挿入して位置決めするための凹部８１を有している。この第２電極８０も、抵抗溶接時には図３（ａ）に示すように中心軸を第１電極６１及びガイドピン７０と一致させた状態で使用される。
【００２８】
この抵抗溶接治具６０を用いて主体金具４２と内筒４３とを抵抗溶接する様子を図４，５を用いて説明する。まず、抵抗溶接治具６０のうち第１電極６１である導電体６２，６３，固定ピン６４と、ガイドピン７０とを用意して（図４（ａ））、これらを組み付けて位置決めする（図４（ｂ））。組み付けは以下のように行う。まず、導電体６３のガイドピン挿入孔６５ｂにガイドピン７０の大径部７２を挿入する。続いて、ガイドピンの柱状部７１が導電体６２のガイドピン挿入孔６５ａを貫通するように導電体６２と導電体６３とを重ね合わせ、導電体６２，６３，ガイドピン７０が同軸になるように位置決めする。そして、４つの固定ピン挿入孔６６にそれぞれ固定ピン６４を挿入して、導電体６２，６３を同軸の状態で固定する。なお、図４（ｂ）に示した組み付け後の第１電極６１，ガイドピン７０の状態は、図３（ａ）で示した状態と同じである。
【００２９】
続いて、フランジ部４３ａを上にして内筒４３をガイドピン挿入孔６５ａに挿入する（図５（ａ））。これにより、ガイドピン７０の柱状部７１が内筒４３を貫通してガイドピン挿入孔６５ａ，ガイドピン７０，内筒４３が同軸になる。また、内筒４３のうち溶接対象部分となるフランジ部４３ａは、外径がガイドピン挿入孔６５ａの径よりも大きいため、ガイドピン挿入孔６５ａから飛び出した状態となり、フランジ部４３ａの下面と導電体６２の上面とが接触する。また、ガイドピン７０の柱状部７１のうち先端部７１ａと小径部７１ｂの一部とが内筒４３のフランジ部４３ａよりも上側に飛び出した状態になる。
【００３０】
次に、肉厚部４２ｂを上にした状態で主体金具４２内にガイドピン７０の柱状部７１を挿入する（図５（ｂ））。これにより、主体金具４２の端部４２ａと内筒４３のフランジ部４３ａとが接触し、主体金具４２と内筒４３とがガイドピン７０によって同軸に位置決めされる。なお、図示するように主体金具４２はガイドピン挿入孔６５ａから飛び出したフランジ部４３ａと接しているため、主体金具４２と第１電極６１とは接触しない。
【００３１】
そして、第２電極８０の凹部８１に主体金具４２の肉厚部４２ｂ側の端部を挿入する（図５（ｃ））。これにより、第２電極８０と主体金具４２とが同軸に接触するように位置決めされる。なお、図示するように第２電極８０は主体金具４２の肉厚部４２ｂ側と接触しており、第２電極８０と内筒４３，第１電極６１とは接触しない。そして、第１電極６１と第２電極８０とを中心軸方向に加圧して、主体金具４２と内筒４３とが互いに接近する方向に加圧し、加圧した状態で第１電極６１と第２電極８０との間に電圧を印加する。図示するように、第１電極６１と第２電極８０との間には第１電極６１，内筒４３，主体金具４２，第２電極８０の順に電路が形成されている。そのため、第１電極６１と第２電極８０との間の電圧によって、内筒４３のフランジ部４３ａと主体金具４２の端部４２ａとの接触面を電流が流れる。この電流によりフランジ部４３ａと主体金具４２の端部４２ａとの接触面が溶接されて、主体金具４２と内筒４３とが溶接される。これにより、図２（ｂ）で説明した複合体１４２が得られる。なお、溶接が完了したら、加圧及び通電を停止して、第２電極８０を取り外したあと複合体１４２を上方向に抜き取る。また、続けて別の内筒４３と主体金具４２との溶接を行う場合には、既に抵抗溶接治具６０は図４（ｂ）の組み付け状態になっているため、図５（ａ）に示した内筒４３の挿入から行えばよい。
【００３２】
ここで、この抵抗溶接時（加圧通電時）に主体金具４２と内筒４３との接触面に生じるせん断応力とガイドピン７０の揺動について図６を用いて説明する。主体金具４２と内筒４３とを互いに接近する方向に加圧すると、この圧力により主体金具４２と内筒４３との接触面にせん断応力が生じる。すなわち、端部４２ａとフランジ部４３ａとの接触面を含みガイドピン挿入孔６５の中心軸に垂直な仮想平面９０を考えたとき、この仮想平面９０の面に沿ったいずれかの方向にせん断応力が生じる。これによりガイドピン７０の外周面のうち仮想平面９０と交差する部分にこのせん断応力が加わる。ここで、上述したように、ガイドピン７０の大径部７２とガイドピン挿入孔６５ｂの内周面との間にはクリアランスＤが生じているため、このせん断応力が加わるとガイドピン７０は揺動する。例えば、図６において仮想平面９０に沿って右方向にせん断応力が生じたとすると、ガイドピン７０はガイドピン挿入孔６５ａの中心軸と同軸な状態（図６の破線）から、右方向に揺動する（図６の一点鎖線）。これにより、クリアランスＤがなくガイドピン７０がガイドピン挿入孔６５内に固定されている場合と比べて、ガイドピン７０が揺動することでせん断応力の一部を吸収でき、ガイドピン７０が折れにくくなる。なお、ガイドピン７０が揺動しても、ガイドピン７０が主体金具４２と内筒４３とを貫通しており、主体金具４２と内筒４３とが互いに接近する方向に加圧されているため、主体金具４２と内筒４３との接触は保たれる。
【００３３】
なお、図６に示すようにガイドピン７０がガイドピン挿入孔６５ａの中心軸と同軸な状態から、仮想平面９０上で揺動により移動した距離として移動距離Ｌを考えたとき、揺動可能な範囲である揺動範囲は移動距離Ｌの最大値Ｌｍａｘとなる。最大値Ｌｍａｘは、値０より大きければせん断応力の一部を吸収する効果が得られる。また、最大値Ｌｍａｘは好ましくは０．１ｍｍ以上である。この最大値Ｌｍａｘはガイドピン７０，ガイドピン挿入孔６５，内筒４３の形状によって定まる。例えば、最大値Ｌｍａｘは、クリアランスＤの値が大きいほど大きくなる傾向にあるが、仮想平面９０上で内筒４３及びガイドピン挿入孔６５ａの内周面によってガイドピン７０の揺動範囲が規制されるため、クリアランスＤを大きくしただけでは最大値Ｌｍａｘはいずれ頭打ちとなる。なお、本実施形態では、内筒４３には拡管部４３ｂが形成されているため、内筒４３がガイドピン挿入孔６５ａと同軸に位置決めされた状態では、図６に示すように内筒４３のうちフランジ部４３ａ及び拡管部４３ｂ以外の側面とガイドピン挿入孔６５ａとの間は距離Ｍだけ離れている。しかし、ガイドピン７０の揺動により内筒４３が中心軸から径方向に押されると、内筒４３もガイドピン７０と同様に揺動して傾いた状態になる。これにより、内筒４３の中心軸がガイドピン挿入孔６５ａの中心軸からずれて距離Ｍは小さくなる（押された方向と反対側では距離Ｍは大きくなる）。そのため、ガイドピン７０は、距離Ｍが値０となるまで内筒４３の軸をずらした状態で、それ以上は径方向に移動できなくなる。したがって、クリアランスＤが十分大きい場合には、このときのガイドピン７０の位置が移動距離Ｌの最大値Ｌｍａｘとなる。クリアランスＤが小さい場合には、このように距離Ｍが値０となる前に例えばガイドピン７０の大径部７２がガイドピン挿入孔６５ｂの内周面にぶつかって、揺動範囲が規制されることになる。なお、上記のように内筒４３の中心軸がガイドピン挿入孔６５ａの中心軸からずれたとしても、ガイドピン７０により内筒４３と主体金具４２とは同軸に保たれる。このガイドピン７０により同軸を保つ効果は、ガイドピンの小径部７１ｂの径が内筒４３及び主体金具４２の内径に近いほど大きくなる。
【００３４】
以上詳述したように、本実施形態の抵抗溶接方法によれば、通電時の内筒４３と主体金具４２とを互いに接近する方向に加圧する圧力によるせん断応力がガイドピン７０に加わったときに、ガイドピン７０がセラミックス製であるため、例えばフェノール樹脂製のガイドピンと比べて摩耗が起こりにくい。また、ガイドピン７０が径方向に揺動可能であるため、せん断応力の一部を揺動により吸収でき、揺動不可能なセラミックス製のガイドピンと比べてガイドピン７０が折れにくい。したがって、抵抗溶接におけるガイドピン７０の寿命を長くすることができる。
【００３５】
また、ガイドピン７０の大径部７２は、ガイドピン挿入孔６５ａよりも径が大きいため、抵抗溶接後に複合体１４２を第１電極６１及びガイドピン７０から引き抜くときに、大径部７２がガイドピン挿入孔６５ａに引っかかりを生じ、複合体１４２を抜き取りやすい。
【００３６】
さらに、ガイドピン７０は、柱状部７１から大径部７２への外周面の立ち上がり部７３が曲面になっている。このため、せん断応力がガイドピン７０に加わったときに、力の集中しやすい立ち上がり部７３が曲面であるため、ガイドピン７０が折れにくい。
【００３７】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施しうることは言うまでもない。
【００３８】
例えば、図７に示すように、抵抗溶接治具６０がさらに弾性体９１を備えるものとしてもよい。この弾性体９１は樹脂製のＯリングであり、中径部７１ｃが弾性体９１を貫通してガイドピン７０の中心軸と同軸になるよう位置決めされている。これにより、弾性体９１は、大径部７２の中径部７１ｃ側の段差面７２ａと、ガイドピン挿入孔６５ａとガイドピン挿入孔６５ｂとの段差面６２ａとの間に挿入された状態となっている。このため、この弾性体９１の弾性力によって大径部７２がガイドピン挿入孔６５ｂの底方向に押圧される。この弾性体９１により、ガイドピン７０の位置決め後にガイドピン７０の中心軸がずれにくくなり、ガイドピン７０の中心軸がずれて内筒４３をガイドピン挿入孔６５ａに挿入しにくくなるということが防止される。すなわち、内筒４３が挿入しやすくなる。弾性体９１は、Ｏリングに限らず、他の形状であってもよいし、樹脂製に限らずコイルバネやＵ字バネなどの金属製のものでもよい。
【００３９】
また、図８に示すように、抵抗溶接治具６０がさらに弾性体９２を備えるものとしてもよい。この弾性体９２は、金属製のコイルバネであり、大径部７２の底面とガイドピン挿入孔６５ｂの底面との間に挿入されている。このため、この弾性体９２の弾性力によってガイドピン７０が押し上げられ、ガイドピン７０の大径部７２の上面が導電体６２の底面に押圧される。これにより、図７の場合と同様に位置決め後にガイドピン７０の中心軸がずれにくくなり、内筒４３が挿入しやすくなる。弾性体９２は、例えばＵ字バネなど他の形状であってもよいし、樹脂製の弾性体であってもよい。なお、図７の弾性体９１と図８の弾性体９２とを共に備えるものとしてもよい。
【００４０】
上述した実施形態では、第１電極６１及びガイドピン７０は図３に示した形状であるものとしたが、抵抗溶接時においてガイドピンとガイドピン挿入孔との間にクリアランスが生じ、このクリアランスによりガイドピンが径方向に揺動可能であれば、他の形状であってもよい。例えば、ガイドピン挿入孔６５ａとガイドピン挿入孔ｂとが同じ径であってもよい。また、第１電極６１は導電体６２，６３，固定ピン６４からなるものとしたが、これらが一体となった１つの部材であってもよい。この場合、ガイドピン挿入孔６５が底部を有さない貫通孔であるものとして、ガイドピン７０を径の大きいガイドピン挿入口６５ｂ側（図３における下側）から挿入可能としてもよい。この場合でも、例えば第１電極とガイドピンの底部を支持する部材を用いて、抵抗溶接時にはこの部材と第２電極との間で加圧を行えばよい。さらに、ガイドピン挿入孔６５の底部を開閉可能として、ガイドピンを底部側から挿入してから底部を閉じてガイドピンを支持するものとしてもよい。他にも、例えばガイドピンは先端部７１ａ，小径部７１ｂ，中径部７１ｃからなる柱状部７１と大径部７２とからなるものとしたが、中径部７１ｃを備えない（すなわち中径部７１ｃに相当する部分の径が小径部７１ｂの径と同じ）ものとしてもよいし、大径部７２を備えない（すなわち大径部７２に相当する部分の径が小径部７１ｂ又は中径部７１ｃの径と同じ）ものとしてもよい。また、立ち上がり部７３が曲面でなく、垂直に立ち上がる形状であってもよい。
【００４１】
上述した実施形態では、抵抗溶接時の内筒４３の形状は図２に示したものとしたが、これに限られない。例えば、拡管部４３ｂを備えず、内筒４３の先端部と胴部（フランジ部４３ａ以外の部分）とで内径が同じであるものとしてもよい。この場合、内筒４３の胴部の外径はガイドピン挿入孔６５ａの径以下であればよい。例えば、内筒４３の胴部の外径とガイドピン挿入孔６５ａの径とを同じとし、図６に示した距離Ｍが常に値０となっていてもよい。
【００４２】
上述した実施形態では、固定ピン６４を固定ピン挿入孔６６に挿入することで導電体６２と導電体６３とを同軸で固定するものとしたが、他の方法で固定してもよい。例えば、固定ピン挿入孔６６ｂが雌ネジで固定ピン６４が雄ネジとなっており、これらを螺合することで導電体６２と導電体６３とを固定するものとしてもよい。
【実施例】
【００４３】
［実施例１〜５，比較例１］
寸法の異なる実施例１〜５の抵抗溶接治具６０及び比較例１の抵抗溶接治具を用意した。これらの抵抗溶接治具のうち、共通する寸法を図９に示し、異なる部分の寸法を表１に示す。なお、比較例１の抵抗溶接治具は、大径部７２とガイドピン挿入孔６５ｂとが同径である点以外は実施例１と同じ寸法である。また、実施例１〜５，比較例１のガイドピンはいずれも窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）からなるセラミックス製とした。
【００４４】
【表１】
0005185409.tif 000002
【００４５】
［評価試験１］
図２に示した主体金具４２及び内筒４３を用意し、これらを抵抗溶接治具に挿入した状態で、実施例１〜５，比較例１の抵抗溶接治具の揺動範囲（図６で説明した最大値Ｌｍａｘ）を測定したところ、表１のようであった。なお、比較例１は上述したように大径部７２とガイドピン挿入孔６５ｂとが同径であるため、揺動範囲は値０ｍｍとなっている。主体金具４２及び内筒４３の寸法を図１０に示す。続いて、実施例１〜５及び比較例１の抵抗溶接治具を用いて、図１０の寸法の主体金具４２と内筒４３との抵抗溶接を繰り返し行い、ガイドピン７０が折れるまでの繰り返し回数を測定した。実施例１〜５及び比較例１の揺動範囲と繰り返し回数との関係を図１１に示す。
【００４６】
図１１からわかるように、揺動範囲が値０ｍｍである比較例１と比べると、揺動範囲が値０ｍｍより大きい実施例１〜５は、いずれもガイドピン７０が折れるまでの繰り返し回数が大きくなっており、ガイドピン７０が折れにくいことがわかる。また、実施例２〜５のように揺動範囲が値０．１ｍｍ以上の領域では繰り返し回数が３０万回以上となり、より好ましい結果が得られた。
【００４７】
［比較例２］
ガイドピンをフェノール樹脂製とした点以外は、実施例２と同じ抵抗溶接治具を用意し、比較例２とした。
【００４８】
［評価試験２］
実施例２及び比較例２の抵抗溶接治具について、図１０に示す寸法の主体金具４２と内筒４３との抵抗溶接を繰り返し行い、ガイドピン７０の小径部７１ｂの径の摩耗による変化を測定した。その結果、比較例２では、４０００回繰り返した時点で小径部７１ｂの径が０．１ｍｍ以上小さくなり摩耗したのに対し、実施例２では、３万回繰り返しても摩耗はみられなかった。なお、ガイドピン７０が摩耗すると、主体金具４２と内筒４３との溶接時の軸ずれが起きやすくなる。そのため、複合体１４２を製造する際の歩留まりが低下する。また軸がずれている複合体１４２を用いると、図２（ｃ）における複合体１４２にセンサー素子２０やメタルリング４６，セラミックスサポーター４４ａ〜４４ｃ，セラミックス粉体４５ａ，４５ｂを挿入する際や、図２（ｅ）において加締める際にセンサー素子２０が折れる場合がある。
【符号の説明】
【００４９】
１０  ガスセンサー、２０  センサー素子、３０  保護カバー、３１  内側保護カバー、３１ａ 内側保護カバー孔、３２  外側保護カバー、３２ａ  外側保護カバー孔、４０  センサー組立体、４１  素子封止体、４２  主体金具、４２ａ  端部、４２ｂ  肉厚部、４３  内筒、４３ａ  フランジ部、４３ｂ  拡管部、４３ｃ，４３ｄ  絞り部、４４ａ〜４４ｃ  セラミックスサポーター、４５ａ，４５ｂ  セラミックス粉体、４６  メタルリング、４７  ナット、４７ａ  雄ネジ部、４８  外筒、５０  コネクター、５５  リード線、５７  ゴム栓、６０  抵抗溶接治具、６１  第１電極、６２，６３  導電体、６４  固定ピン、６５，６５ａ，６５ｂ  ガイドピン挿入孔、６６，６６ａ，６６ｂ  固定ピン挿入孔、７０  ガイドピン、７１  柱状部、７１ａ  先端部、７１ｂ  小径部、７１ｃ  中径部、７２  大径部、７３  立ち上がり部、８０  第２電極、８１  凹部、９１，９２  弾性体、１４１  一次組立品、１４２  複合体。
【図１】
0005185409.tif 000003
【図２】
0005185409.tif 000004
【図３】
0005185409.tif 000005
【図４】
0005185409.tif 000006
【図５】
0005185409.tif 000007
【図６】
0005185409.tif 000008
【図７】
0005185409.tif 000009
【図８】
0005185409.tif 000010
【図９】
0005185409.tif 000011
【図１０】
0005185409.tif 000012
【図１１】
0005185409.tif 000013